Criomontagem como Estratégia para Melhorar a Eficiência Piezo-Fotocatalítica de Nanocatalisadores de BiFeO₃

Em decorrência do uso irregular e exacerbado dos recursos naturais, como a água, mais de 2 bilhões de pessoas não têm acesso a água potável. Os ditos “vilões”que tem grande contribuição para a perpetuação deste problema, evitável, são advindos de moléculas orgâni-cas complexas como corantes, pesticidas e resíduos farmacêuticos. Posto isso, este trabalho tem a ambição de propor métodos de melhoramento na eficiência catalítica utilizando nanocatalisadores de BiFeO3, conhecido como ferrita de bismuto ou BFO, na degradação de compostos orgânicos de difícil tratamento utilizando métodos convencionais. Para isso, os nanocatalisadores foram obtidos a partir de Bi2O3 e Fe2O3, utilizando moagem de alta energia e sinterização rápida, apresentando formação da fase desejada com baixa concentração de fases secundárias, indicando uma rota de síntese eficaz. A nanoestruturação, por criomoagem, resultou na redução do tamanho de cristalito e no aumento do microstrain. Análises microestruturais evidenciaram alterações morfológicas e aumento da rugosidade superficial após o processamento. Além disso, observou-se incremento na absorção de luz na região do visível com o aumento do tempo de criomoagem. Para evidenciar o melhoramento da eficiência catalítica, os nanocatalisadores foram sujeitos a experimentos com métodos de ativação mecânica (Piezo), por luz (Foto) e a combinação das duas, piezo-fotocatálise. Onde análise da performance de degradação foi feita utilizando espectroscopia UV-Vis, o que mostrou uma redução substancialmente superior ao encontrado na literatura atual aplicado a degradação do corante azul de metileno. Observou-se aumento significativo na eficiência catalíticadas amostras criomoídas em comparação à amostra não criomoída. Na piezocatálise, houve degradação total do corante em 90 minutos utilizando a amostra criomoida por 45 minutos, com uma constante de dradação (K) de 38×10−3min−1, enquanto a amostra de referência apresentou apenas 13% de degradação no mesmo intervalo e um K = 1,1×10−3min−1. Na fotocatálise, a amostra criomoída por 30 minutos atingiu degradação completa em 150 minutos, com um K = 13,8×10−3min−1, ao passo que a amostra não criomoída degradou apenas 5% e com um K = 0,3×10−3min−1. Já na piezo-fotocatálise, as amostras criomoídas por 30 e 45 minutos promoveram degradação total em 75 minutos, com um K ∼ 56×10−3min−1, enquanto a amostra de referência ainda apresentava 56% de corante remanescente e um K = 9,0×10−3min−1, o que mostra a importância da moagem sob baixas temperaturas para se obter um melhoramento expressivo na catálise. Os ensaios com capturadores de cargas elucidou o papel fundamental do buracos, h+, na degradação, bem como foi observada uma drástica acelaração no tempo de degradação com capturador de elétrons, e– , indicando uma possível rota para novas melhorias do nanocatalisador. Posto isso, este trabalho evidencia o potencial dos nanocatalisadores a base de BFO e nanoestruturados utilizando criomoagem, aplicado na degradação de corantes presentes em águas de rejeitos da industria têxtil e com isso, ser um agente remediador da contaminação de rios e mares. 

Palavras-chave: Nanocatalisadores; BiFeO3; Piezocatálise; Fotocatálise; Piezo-Fotocatálise; Criomoagem; Sinterização rápida.